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南方地区粮食烘干机的现状与发展趋势
发表日期:2013-02-27
  我国稻谷每年总产量约4000亿斤,其中,江西、安徽等南方13省总产量3400亿斤,占全国总产量的85%,收购量超过50亿斤的省份依次为江西、安徽、湖北、湖南、四川和江苏等省。南方稻谷收购时的水分含量大部分在15%-16%,高于安全水分1%-2%,但江苏、安徽、湖北、江西等省份的晚稻水分较高,达到16%-20%。还有一些从东北水稻产地调到南方的水稻,水分可达到25%。对于水分超过16%的稻谷,过去主要采用机械通风和自然晾晒的办法干燥处理。
随着粮食流通体制改革的深入,粮食收购市场的全面开放,粮食收购主体多元化,近年来一些粮库自行配备了小型粮食烘干机,以便收购高水分粮后及时烘干并储藏。2000年以后,国家投资建设了900亿斤储量的国储库,并在国储库配备了200多套粮食烘干机。其中北方玉米(稻谷)连续式烘干机共187套;南方循环式38套。这些干燥机的建设大大缓解了高水分粮食不能及时收纳入库的问题,减少了粮食霉变损失,提高了粮库的经济效益。但是,在南方地区,烘干机的总量还远远不足。水稻产区的稻谷干燥问题逐步突现出来。自然通风、晾晒等降水方法目前仍是南方粮食企业的主要干燥方式,靠天吃饭,不能满足收获季节大量稻谷等待干燥的需要。据农业部门测算:一般年景因不能及时干燥的谷物损失占总收成的5%。
长期以来,作为商品稻谷收购、贮存及流通过程中评级定价的标准,稻谷的质量指标主要包括出糙率、整精米率、黄粒米、杂质、水分及色泽和气味等,由于这些指标不足以反映消费者所关注的食用品质,1999年国家在修订原有标准GB1350-1985的基础上,新增订了优质稻谷标准GB/T1789-1999,并于2000年4月1日正式实施。
稻谷与玉米烘干机的要求不同,保证稻谷的烘后品质,降低稻谷爆腰率、保持大米色泽和口感等非常重要。烘后稻谷品质中,减少爆腰率是一大难题,它直接影响稻谷后续加工质量和企业的经济效益。因此急待开发适合我国南方地区使用的高效连续式粮食烘干机。
1  国内外技术发展概况
国外干燥机械的研究起步于40年代,60年代基本实现了粮食烘干机械化,60-70年代实现了粮食烘干机械化,70-80年代烘干机向高效、优质、节能、降低成本、电脑控制方向发展,同时不断开发新工艺、新机型、新能源,烘干质量也得到重视。
粮食干燥机在美国、独联体、日本等国家应用比较普遍。在美国主要机型有中、小型低温干燥仓及大、中型高温干燥机,有错流烘干机(齐默尔曼)和顺逆流烘干机(York)。以柴油和液化气为热源,采用直接加热干燥。设备具有料位控制、风温控制及出机粮食水分控制系统。
在独联体,大都形成了工厂化生产,有完善的自控系统,粮食干燥机以大、中型为主,多为高温干燥方式。普遍应用干、湿粮混合加热干燥工艺。具有一次降水幅度大、节能和干燥质量好等优点。热源为柴油和煤油,直接加热干燥。
日本的粮食烘干设备是从二战后发展起来的,主要发展适于干燥水稻的中、小型设备。机型有:小型固定床式粮食烘干机,中、小型循环式低温稻谷干燥机。采用柴油和煤油作为热源,少量采用稻壳作为燃料。大都装有完善的自动控制系统。
我国粮食干燥机械发展是从解放初期仿制日本、苏联等国外的干燥机开始的。由于结构复杂、耗用钢材多、造价高,仅在大型农场和粮库使用。70年代开始,我国科研部门开始研究开发适合我国的中小型烘干机型。它们大多适用于农场、粮管所、粮食加工厂等。与此相配,干燥热源的研究也取得进展,相继研制成功了热煤气发生炉、稻壳煤气发生炉、固体燃料煤气发生炉、液化气炉和太阳能干燥装置等。20世纪90年代以来,随着农村体制改革的深入发展,粮食流通体制的改革不断深入,特别是随着近年来国家储备粮库的建设,大批专业化、集约化的粮食烘干机在粮库建设起来。
南方地区:1996年以后,台湾独资企业上海三九机械有限公司和日本独资金子(无锡)有限公司经销的低温循环式种子用粮食烘干机进入我国并逐渐占领南方市场。2002年后国家在南方储备粮库招标采购了两批38套金子和三九烘干机,加上南方各省自行招标采购的,两种烘干机已基本占领了我国南方市场。这些干燥机带动了南方水稻产区干燥机械的发展。特点是单机产量较小,采用柴油或煤油作为热源,直接加热干燥,烘后稻谷品质好,自动控制系统较完善,售后服务周到。但从原理和实际使用情况来看,由于是种子用干燥机。造价高,效率低,干燥成本高,特别是产量低,大处理量时需多台串并联使用,附属设备和土建的费用高;采用极限设计,易损件返修率高。循环式烘干机多采用柴油(煤油)作为热源,随着近年来国际油价不断上涨,烘干成本不断提高,影响了粮食企业的市场竞争力,不适合我国国情。
南方烘干机需求量很大。很多粮库认识到烘干机对企业经济效益的重要性,却苦于买不到合适的烘干机。近年来粮库逐渐配备了稻谷干燥机,主要机型日本金子和台湾三久生产的小型循环式低温干燥机。随着粮食干燥技术的发展,我们深切地感到国内现有的小型粮食烘干机机型单一,技术单一,适应性差,效率低。主要市场被独资企业垄断。而南方总体烘干机需求量仍很大。因此,我国急需研制开发适应我国国情、结构简单、生产率高、价格低廉、热效率高、烘后粮食品质好的中、小型粮食烘干机及采用多种热源的国产机型。
2  目前我们与国内外同行业的差距和存在的突出问题
我国的粮食干燥机产业是从上世纪60年代以后发展起来的。仿制和开发出一批干燥设备。机型主要为:流化(振动)烘干机、滚筒烘干机、顺(逆)流烘干机、错流烘干机、混流烘干机、组合烘干机等大型烘干机和移动式小型烘干机。近十年来,国家利用国债资金在大型粮库和粮食生产基地配备了几百台粮食干燥机,同时粮食干燥机配套技术也逐渐成熟完善,不断开发出新工艺、新机型、新能源。培养了大批烘干技术人员,涌现了大批粮食烘干机生产厂家。但是从烘干技术和烘干机的设备制造水平上,我国还十分落后,无法和国际上先进水平相比。造成这种局面的原因有以下几方面:
2.1  干燥基础理论研究的差距
虽然干燥技术发展多年,有大批技术人员从事烘干机的研究开发,理论上也形成了很大进展,形成了很多理论体系,开发了很多机型。但这些烘干理论大多来源于试验和经验公式,实际应用中还很不完善。在我国,自1975年在南京举行第一届全国干燥会议以来,已召开了八届。每次会议都有几十篇论文参加交流。近年来各大专院校和科研单位也都在做干燥基础研究的工作。但投入的人力物力远远不够,理论研究与加拿大、日本、丹麦等国家相比差距还很大。已出来的成果转化情况也很不够[1]。
由于粮食是具有生物活性的特殊物质,粮食干燥理论必须是干燥理论和粮食特性的结合,不同的粮食品种对干燥的要求是不同的。而国内这方面的研究单位和科研人员还非常少,粮食烘干机技术含量低,远远满足不了生产的需要。
2.2  实验条件不足
干燥是一门实验性很强的技术,粮食品种、介质、外界条件等都存在差异,因此,不论是理论研究还是设备制造,实验手段必不可少。但到目前为止,不论是生产厂家还是科研单位,都没有一个完善的实验基地。大部分烘干机生产厂家本身的加工设备就很落后,甚至没有一套实验装置,在烘干机设计中有很大的盲目性。设计依据仅仅是干燥技术的一般规律,当涉及具体粮食品种时,不同粮食品种在干燥过程中反映的特性和烘干的要求都有其特殊性。实际干燥状况还应以实验结果作为依据。因此干燥实验过程是烘干理论研究必不可少的步骤。目前实验手段薄弱主要有以下几个方面,一是科研设计单位和生产厂家对实验过程认识不足,认为可有可无;另一方面实验装置机型较多,投资巨大,一般厂家承受不起。
烘干本身是一门专业,也是设备。烘干机与其他设备不同,烘干的粮食品种和要求的干燥指标非常复杂,综合技术要求高。在设计前首先要求对粮食进行实验分析,才能进行有针对性的设计。实验手段是烘干机成功设计的关键条件之一。
2.3  加工技术的差距
烘干机涉及粮食输送、传热、降水、流体运动等多种过程,有些干燥设备还有真空、压力等要求,对设备的加工制造要求较高。多年来我国的烘干机加工能力有了长足的发展,但是还大量存在着传统的手工制造方式。烘干机的外观和使用性都受到影响。不仅如此,手工制造使部件的尺寸和精度不能保证互换性。烘干机的维修和易损件的互换都受到影响。国外的烘干机多数采用自动焊接技术,焊缝抛光处理、设备表面采取抛光处理或钝化处理。部件多采用模具压制而成,制造非常规范。而模压率(设备采用模具压制的比率)是衡量烘干机加工水平的标志之一。我国模压率低的原因是烘干机生产量小,设备中标价低,设备达不到一定的生产规模,开模费高[1]。这样下去我国的烘干机质量不会有质的飞跃,更无法占领国际市场。
工艺性要求也很高,涉及炉子、换热器、输送、清理、除尘、电气等设备和仓及土建。是系统工程。
2.4  控制水平的差距
干燥过程的控制水平直接影响着烘后粮的质量和干燥效率。粮食烘干机一般有两种形式,一种是连续式,一种是间歇式。对于连续式烘干机,各种操作参数的关联因素如热风温度、风量、处理量、设备运行参数、在线检测仪器之间的连锁关系都应采用适当的控制参数来完成。对于间歇式烘干机,烘干粮食水分的控制也应由控制手段来完成。同国外相比,我国的烘干机主要以手动或半自动控制为主,各控制参数不能互相关联,操作中人为因素较多,客观上影响了烘干质量。烘干机常出现下列情况,当粮食处于降速干燥阶段时,干燥过程需要更多的是时间而不是热量,但恰在这时由于受控制手段的制约使干燥过程仍处于加热状态,说明干燥过程不加以合理控制,最后使产品过热或水分过低,造成不必要的浪费。另外是干燥过程控制手段的缺乏,常出现产品质量不稳定或不合格。目前电气控制仪器仪表的技术发展水平已进入智能化,完全能够满足烘干机工艺的需要。因此,应采用计算机控制、模糊逻辑控制等技术,提高烘干机自动化控制水平。
2.5  无特色产品
北方地区烘干机要求产量大、降水多(一次降水16%以上)、效率高并根据用途兼顾粮食品质。干燥品种以玉米、稻谷为主,兼烘小麦、大豆、油菜籽等。因此北方地区粮库多配备大型连续式干燥机,机型主要为顺流、混流和横流式。配套清理、提升、除尘设备和烘前、烘后仓;配备完善的温度和水分检测及自动控制系统。500t/d及以下产量能够实现单机连续作业。绝大多数配备燃煤热风炉。这些烘干机技术成熟、性能稳定,干燥能力已基本能保证北方地区粮库的需要。
南方地区主要烘干品种是水稻,降水率小(3%左右)。主要机型为1996年以后进入我国的日本金子[1]和台湾三久等独资企业生产的小型循环式低温干燥机。使用的热风温度不超过60℃,小时降水率≤1%。国外通常作为种子干燥机。优点是:单机产量较小,采用柴油或煤油作为热源,直接加热干燥,烘后稻谷品质好,自动控制系统较完善,售后服务周到。但从原理和实际使用情况来看,其造价高,效率低,干燥成本高,特别是产量低,大处理量时需多台串并联使用(见图1[2]),增加了附属设备和土建的费用;由于采用极限设计,易损件返修率高。循环式烘干机多采用柴油(煤油)作为热源,烘干成本高,不适合我国国情。南方地区还没有技术成熟的国产机型。利用北方地区连续式烘干机的成熟技术,开发适用于南方大型粮库使用并兼顾小型收纳库、粮管所使用的;能够保证粮食品质、低破碎、低爆腰率;干燥效率高;设备投资小;运行成本低的大、中、小型连续式稻谷干燥机系列烘干机产品,研究配套多种燃料的燃烧炉是我们当前的迫切任务。
3  连续式粮食烘干机的研究开发及应用前景
3.1  研究开发的基础
国家粮食储备局郑州科学研究设计院是粮食烘干机专业研究院,建院40年来一直致力于粮食干燥技术的研究和开发,具有深厚的技术实力和丰富的稻谷干燥经验。早在60年代就对错流干燥机进行了深入的研究,承担的国家“六五”攻关项目——消化吸收的网柱粮食烘干机已经在国内大量推广。开发的稻谷流态化烘干机,目前在江苏、浙江、湖北等省仍有使用。在承担的国家“七五”攻关中对流化干燥机和错流干燥机进行了研究,项目当年获原商业部科技进步二等奖。近年来,为解决北方高水分粮的烘干问题,我院承担国家“九五”攻关项目《大型干燥装置的研究和开发》——开发出了大型顺逆流粮食烘干机,项目获国家科技进步二等奖。以上这些技术研究和应用的实践,都为南方连续式稻谷烘干设备的研究和开发提供了根本的保证。
目前,针对南方稻谷的特点,依托北方应用较成熟的连续式干燥技术,我院已研制出了适用于南方稻谷干燥的HX系列烘干机,在九江中谷直属库进行了烘粮试验(见附表1和附表2)。在保证烘干品质的同时,显著降低烘干设施的投入,烘干成本低于国外循环式烘干机。
3.2  HX组合连续式粮食烘干机的特点
由于粮食具有热敏性,不同粮食品种及干燥条件对干燥的要求不同。干燥速度过快或参数选择不当容易造成品质损伤,如稻谷的爆腰、玉米的裂纹等。因此,选择合适的干燥工艺对保护粮食品质是非常必要的。
HX组合式干燥机是针对南方稻谷特点,将顺流和混流结合干燥形式充分结合而成的新型连续式粮食烘干机。特点是:针对粮食内部温度和水分分布,交错采用顺流和混流干燥形式,低温大风量均匀干燥,中间设计缓苏段,使粮粒内外充分进行湿热平衡,粮食烘后水分均匀,减少稻谷爆腰率,保证烘后品质。烘干机下部的缓苏段使粮食缓苏与干燥时间之比达到5:1,其目的也是在保证降水的同时保护粮食品质。这种组合式烘干机是近几年烘干机发展的成果,在国际上也是较先进的机型(见图2)。优点是:不论产量如何变化,烘干机均可设计为单台,占地面积小,附属设备少;不增加操作人员数量;露天生产,不需罩棚。因此:产量越大,系统投资总费用与循环式烘干机相比越低。效率高的优势越明显。
(1)连续式粮食烘干机应用在南方稻谷烘干中,改变了循环式烘干机一统南方市场的落后现状。
(2)创新使用HX组合型烘干形式,对稻谷烘后品质有独特的技术保证。
(3)烘干系统可因地制宜,配备多种能源燃烧炉,改变了循环式烘干机只能烧油的现状,烘干成本低,符合中国国情。
相同干燥条件下,日本金子采用的是极限设计,设计余量不超过10%,单次循环降水幅度:0.7%-1%;而HX烘干机设计余量可达到25%,远高于金子烘干机。并且烘干机、输送设备、热源、风机等配置灵活性和设计余量较大(适应中国国情),一次降水幅度可达到3%-5%;烘干效率高。
我国稻谷年总产量约4000亿斤,其中江西、安徽等南方13省总产量3400亿斤,占全国总产量的85%,因晾晒不及时造成的稻谷霉变损失为5%。按烘干量增加到总产量的10%计,南方地区一年需新增烘干能力1530万吨,按年烘干期60天计,折合HX300型烘干机台数为850台。
1530×1000/(60×300)=850(台)
减少的粮食损失按霉变损失的10%计,共减少损失85万吨,
3400/2000×5%×10%=85(万吨)
每斤水稻按0.7元计,共减少损失:
85×2000×0.7=11.9(亿元)
按干湿稻谷差价5分/斤,考虑设备折旧后的烘干成本按2分/斤计算, 新增1530万吨烘干能力可实现赢利:
1530×2000×(5-2)/100=91800(万元)=9.18(亿元)
可见,经济效益和市场前景非常好。
4  结论
目前南方地区普遍使用的循环式干燥机适用于产量小的低温优质干燥,如种子干燥或南方小产量的零散式干燥形式。具有粮食品质好、发芽率不受影响、爆腰、破碎率低等优点。但不能片面强调低温干燥而降低生产率,烘干机应具有使用性能良好,可靠性、自动化程度高,售后服务周到等特点,价格不能偏高。对粮库的常规食用粮干燥和以抗灾抢烘为目的大产量粮食干燥,应选择高效的连续式干燥机,根据粮食要求和干燥目的选择高温或低温干燥。连续式干燥机具有结构简单,工艺配置简单,价格低廉,生产率高,干燥成本低廉等优点。经过多年的改进,干燥粮食品质已接近或达到循环式干燥机的指标。完全可以取代低温循环式干燥机。
应开发多种能源的干燥机。国外的干燥机由于价格高,生产率低,普遍以油为燃料,价格高,在我国很难有使用经济效益。应根据国情因地制宜,开发以煤、稻壳等秸杆作物、太阳能等作为燃料的多种能源干燥机。这些干燥机必将拥有良好的推广前景。
综上所述,发展适合我国国情的实用型干燥机,是我国粮食干燥行业的必由之路。
说明:表中金子烘干机技术参数来源如下:
1. 金子农机公司所投江苏省国家储备粮库2003年粮食烘干机标书
2. 农业部干燥机械检测中心检测报告
3. 张建强:《解决当前粮库高水份稻谷收储问题的新方案》[粮食与饲料工业] 2004(6)
4. 表中HX40为郑州院研制的连续式稻谷干燥机测试数据
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正昌干燥设备有限公司是江苏正昌集团核心企业,主要产品有粮食烘干机,稻谷烘干机,饲料干燥设备,植物保鲜干燥设备,环保化工通用干燥,农机产品,生物质能源类,结晶蒸发设备,配套设备.
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